2026年(生物制药)发酵工艺优化试题及答案

2026年(生物制药)发酵工艺优化试题及答案1.单项选择题（每题1分，共20分。每题只有一个正确答案，将正确选项字母填入括号内）1.1在工业规模青霉素发酵中，为避免碳分解代谢阻遏，最优先选用的速效碳源是（）A.葡萄糖B.乳糖C.蔗糖D.甘油答案：B1.2对好氧发酵体系进行KLa测定时，若采用动态氮气切换法，溶氧电极响应时间t95应满足（）A.<1sB.<5sC.<15sD.<60s答案：B1.3下列关于pHstat补料策略的描述，正确的是（）A.以碱消耗速率间接反映碳源消耗速率B.以酸消耗速率间接反映氮源消耗速率C.以碱消耗速率间接反映氮源消耗速率D.以酸消耗速率间接反映碳源消耗速率答案：A1.4在重组大肠杆菌高密度发酵中，诱导前将比生长速率μ控制在0.2h⁻¹的主要目的是（）A.降低乙酸生成B.提高质粒稳定性C.增加溶解氧D.提高菌体产率答案：A1.5若某抗生素发酵过程产物合成受磷酸盐抑制，其最适初始磷酸盐浓度应控制在（）A.0.1g/LB.0.5g/LC.1.0g/LD.5.0g/L答案：A1.6在50m³机械搅拌罐中，将搅拌功率从1kW/m³提高到3kW/m³，KLa增大约2.6倍，但单位产物能耗反而上升，其根本原因是（）A.菌体剪切损伤B.冷却负荷超限C.溶氧已非限制因素D.泡沫夹带增加答案：C1.7采用CRISPRi下调pfkA基因表达可提高NADPH供给，其代谢工程原理属于（）A.减少糖酵解通量B.增强磷酸戊糖途径C.抑制TCA循环D.激活乙醛酸循环答案：B1.8在动物细胞灌流培养中，截留分子量500kDa的TFF膜主要作用是（）A.截留病毒B.截留产物抗体C.截留细胞D.截留氨答案：B1.9对某放线菌发酵进行DoE优化，若采用PlackettBurman设计，其最适实验次数为（）A.8B.12C.16D.20答案：B1.10在发酵尾气质谱在线分析中，下列哪一项需每日用标准气体校正（）A.N₂B.O₂C.CO₂D.Ar答案：C1.11若某酵母发酵过程RQ值由1.0突然升至1.4，最可能发生的代谢变化是（）A.开始生成乙醇B.开始生成甘油C.开始生成柠檬酸D.开始生成乳酸答案：A1.12在双阶段温度控制策略中，将发酵温度从37℃降至28℃可显著提高蛋白可溶性表达，其机制主要是（）A.降低分子伴侣表达B.降低蛋白合成速率C.降低质粒丢失率D.降低冷却成本答案：B1.13采用在线拉曼光谱监测葡萄糖时，为消除细胞浊度干扰，最常用的预处理算法是（）A.MSCB.SNVC.1stderivativeD.PLS答案：A1.14在固态发酵中，下列参数最能直接反映基质水活度的是（）A.含水量B.水势C.相对湿度D.平衡含水率答案：B1.15若某抗生素发酵放大后单位产率下降，发现菌丝球平均直径由0.5mm增至2mm，其受限因素最可能是（）A.溶氧B.磷酸盐C.温度D.氮源答案：A1.16在动物细胞微载体培养中，微载体浓度从2g/L提高到8g/L，最需调整的参数是（）A.搅拌转速B.pHC.渗透压D.接种密度答案：A1.17采用在线电容法测得活细胞浓度为2×10⁷cells/mL，若细胞平均直径增大一倍，则测得电容值将（）A.不变B.增大一倍C.增大两倍D.增大四倍答案：C1.18在发酵过程放大中，若保持P/V不变，则大罐的搅拌雷诺数Re将（）A.增大B.减小C.不变D.先增后减答案：A1.19若某基因工程菌使用T7启动子，诱导剂IPTG的最佳添加时期是（）A.延迟期B.对数早期C.对数中期D.稳定期答案：C1.20在发酵过程故障诊断中，采用PCAT²图发现第3主成分超限，其最可能的异常是（）A.溶氧电极漂移B.补料泵堵塞C.冷却阀失灵D.泡沫电极失效答案：B2.多项选择题（每题2分，共20分。每题有两个或两个以上正确答案，多选少选均不得分）2.1下列哪些措施可同时降低发酵过程泡沫高度和消泡剂用量（）A.提高罐压B.降低搅拌转速C.采用机械消泡桨D.采用植物油基消泡剂E.分段补料答案：C、D、E2.2关于fedbatch补料策略，下列说法正确的是（）A.指数补料可维持μ恒定B.DOstat补料需溶氧电极C.间歇补料易造成底物脉冲D.恒速补料易导致底物限制E.反馈补料需在线底物传感器答案：A、B、C、D2.3下列哪些属于在线检测KLa的常用方法（）A.动态法B.稳态法C.硫ite法D.氧平衡法E.二氧化碳释放法答案：A、B、C、D2.4在动物细胞灌流培养中，导致膜污染加剧的因素包括（）A.高细胞密度B.高剪切C.高蛋白浓度D.低pHE.低钙镁答案：A、C、D2.5下列哪些属于发酵过程放大的相似准则（）A.P/V恒定B.KLa恒定C.搅拌叶端速度恒定D.混合时间恒定E.溶氧恒定答案：A、B、C2.6在代谢流分析中，需满足的平衡关系包括（）A.碳平衡B.还原力平衡C.ATP平衡D.氮平衡E.硫平衡答案：A、B、C2.7下列哪些属于发酵过程在线软测量技术（）A.近红外B.拉曼C.电容D.尾气质谱E.介电谱答案：A、B、C、E2.8在固态发酵中，影响传热效率的关键参数有（）A.基质厚度B.通气速率C.基质粒径D.搅拌频率E.水活度答案：A、B、C、D2.9下列哪些属于发酵过程验证的参数放行策略（）A.实时放行B.回顾性放行C.参数放行D.过程分析技术放行E.快速微生物放行答案：A、C、D2.10在基因工程菌稳定性考察中，需检测的指标包括（）A.质粒丢失率B.拷贝数C.目标蛋白表达量D.抗生素残留E.菌体比生长速率答案：A、B、C、E3.填空题（每空1分，共20分）3.1在好氧发酵中，溶氧浓度低于________%空气饱和度时，大多数抗生素合成受抑制。答案：103.2若某菌株比摄氧率OUR为100mmol/(L·h)，氧得率系数YX/O为1.5gDCW/molO₂，则菌体比生长速率μ为________h⁻¹。答案：0.113.3在机械搅拌罐中，功率准数Np与________数无关，仅与搅拌器几何形状有关。答案：雷诺3.4采用硫ite法测KLa时，反应体系需维持pH在________左右，以防止亚硫酸氢根分解。答案：8.53.5在动物细胞培养中，乳酸对生长的抑制常数Ki通常约为________mmol/L。答案：153.6若某发酵过程CO₂释放率CER为200mmol/(L·h)，则理论上可产生________g碳酸氢钠。答案：16.83.7在指数补料中，补料速率F(t)=F₀·e^(μt)，其中F₀需根据初始菌量X₀、得率系数YX/S及________计算。答案：μ3.8在固态发酵中，最大允许基质厚度δmax可由________准数估算。答案：Biot3.9若某抗生素发酵单位产率为1.2g/L，发酵液体积为100m³，提取总收率为85%，则可得成品________kg。答案：1023.10在基因工程菌诱导表达中，若IPTG终浓度为0.5mmol/L，罐体积为10m³，则需IPTG________kg。答案：1.193.11在发酵尾气中，若O₂体积分数由20.9%降至20.0%，则氧传递速率OTR与________成正比。答案：ΔO₂3.12在微载体培养中，微载体比表面积通常为________cm²/g。答案：50003.13若某细胞倍增时间为24h，则其比生长速率μ为________day⁻¹。答案：0.6933.14在DoE中，中心复合设计CCD的星号臂长α与因子数k的关系为α=________。答案：2^(k/4)3.15在发酵过程故障诊断中，T²统计量服从________分布。答案：Hotelling3.16在动物细胞灌流培养中，若细胞密度为5×10⁷cells/mL，灌流速率D为1day⁻¹，则每日排出细胞量________cells/L。答案：5×10⁷3.17在固态发酵中，若基质初始含水率为60%，干基含水率为________%。答案：1503.18在发酵放大中，若保持KLa恒定，则大罐的通气比vvm通常需________。答案：降低3.19在代谢流分析中，若某反应方程式为C₆H₁₂O₆+6O₂→6CO₂+6H₂O，则其还原度为________。答案：43.20在发酵过程验证中，持续工艺确认CPV的核心是________。答案：统计过程控制4.简答题（每题8分，共40分）4.1（封闭型）简述在重组大肠杆菌高密度发酵中，如何通过代谢调控减少乙酸积累的三种策略，并给出对应原理。答案：（1）限制比生长速率：将μ控制在0.2h⁻¹以下，减少糖酵解通量，降低乙酰CoA生成速率，从而减少乙酸分泌；（2）采用甘油替代葡萄糖：甘油进入细胞后通过甘油激酶生成甘油3磷酸，绕过糖酵解关键调控点，减少乙酸生成；（3）过表达乙酰CoA合成酶acs基因：将胞外乙酸重新同化为乙酰CoA，降低胞外乙酸浓度，同时补充TCA循环前体。4.2（开放型）某抗生素发酵放大后，罐体积由0.1m³增至50m³，发现产物合成延迟6h。请从混合时间、溶氧、剪切、CO₂分压四个角度分析可能原因，并提出解决思路。答案：混合时间：大罐混合时间延长，导致pH、底物梯度增大，菌体代谢不均，触发迟滞。解决：采用多段搅拌、优化挡板结构，使混合时间<30s。溶氧：大罐KLa下降，溶氧低于临界值，抑制产物合成基因表达。解决：提高P/V、微泡通气、纯氧富集。剪切：大罐搅拌叶端速度升高，菌丝球破碎，次级代谢受损。解决：改用斜叶桨、降低转速、增加挡板数。CO₂分压：大罐液深增加，CO₂滞留，胞内pH下降，抑制合成酶活。解决：提高通气比、增设尾气真空脱气、在线CO₂剥离。4.3（封闭型）说明在动物细胞灌流培养中，如何基于在线电容信号实现灌流速率的闭环控制，并给出控制算法框图。答案：（1）在线电容电极实时测得活细胞密度Xv；（2）将Xv与设定值Xset比较，得误差e=Xset−Xv；（3）采用PI算法计算灌流速率D(t)=D₀+Kp·e+Ki∫edt；（4）D/A转换后驱动变速泵，实现灌流速率自动调节；（5）每12h取样离线校正电容细胞密度关联曲线，确保精度。4.4（开放型）某企业采用DoE对红霉素发酵进行优化，共考察6个因子，采用2⁶⁻²部分因子设计，实验次数为16，发现模型失拟显著。请分析可能原因，并给出后续改进方案。答案：原因：（1）因子间存在三阶以上交互作用，部分因子设计无法估计；（2）响应面存在曲率，线性模型不足；（3）中心点重复次数不足，纯误差估计不准；（4）关键因子遗漏，如微量金属离子。改进：（1）在原设计基础上增加8次轴向点，形成中心复合设计CCD；（2）增加4次中心点重复，估计纯误差；（3）采用BoxBehnken设计减少实验量；（4）补充考察Cu²⁺、Fe²⁺等微量因子，采用Doptimal筛选。4.5（封闭型）写出利用硫ite法测定KLa的实验步骤、计算公式及注意事项。答案：步骤：（1）配制0.5mol/LNa₂SO₃、0.1mol/LCuSO₄溶液；（2）将发酵罐温度、通气、搅拌调至目标条件；（3）加入Na₂SO₃使终浓度0.1mol/L，Cu²⁺终浓度0.001mol/L；（4）立即计时，每30s取样，用0.1mol/LI₂标准液滴定未反应SO₃²⁻；（5）记录I₂消耗体积V(t)，至V(t)变化<1%停止。公式：KLa=0.693/t½，其中t½为SO₃²⁻浓度减半时间。注意：（1）避光操作，防止I₂挥发；（2）pH保持8.5，防止HSO₃⁻分解；（3）温度恒定，修正粘度影响；（4）硫ite对微生物有毒，需空罐测定。5.应用题（共50分）5.1计算题（15分）某好氧发酵过程，罐体积为20m³，菌体浓度为30gDCW/L，比摄氧率OUR为12mmolO₂/(gDCW·h)，溶氧维持在30%空气饱和度，已知C为8mg/L，实测KLa为0.25s⁻¹。（1）求当前氧传递速率OTR（单位：mmol/(L·h)）；（2）判断溶氧是否满足需求，若不足，需将KLa提高至多少？（3）若采用纯氧富集，使C增至40mg/L，求新KLa需求。答案：（1）OTR=KLa·(C−C)=0.25×3600×(8−0.3×8)×1000/32=180mmol/(L·h)；（2）需氧量=12×30=360mmol/(L·h)，OTR<需氧量，不足；新KLa=360/(0.7×8×3600/32)=0.50s⁻¹；（3）新KLa=360/(0.7×40×3600/32)=0.10s⁻¹。5.2分析题（15分）某抗生素发酵采用三阶段温度控制：0–24h31℃，24–48h28℃，48–96h25℃。实验发现，第三阶段降温使产物合成速率提高22%，但菌体比死亡速率kd增加0.005h⁻¹。已知产物合成比速率qp与温度T关系为qp=0.02×1.08^(T−25)h⁻¹，菌体死亡遵循一级动力学，X(t)=X₀·e^(μ−kd)t。若96h时菌体浓度需≥20g/L，初始浓度X₀=1g/L，μ=0.025h⁻¹，请评估降温策略是否可行，并计算最终菌体浓度。答案：第三阶